淺議汽輪機振動機理及影響因素

張強

（遼河油田電力集團公司熱電廠，遼寧 盤錦 124000）

1 汽輪機轉子機械設計誤差

轉子是汽輪發(fā)電機的一個核心部件之一，轉子的旋轉中心與其質心應該重合，但是由于設計或生產缺陷，就導致兩個中心不一致，產生了離心力，引起機組的振動一場。所以對于轉子在進行機械安裝時，一定要進行不同轉速下的平衡試驗，保證轉子能夠達到高速動平衡，不會產生離心力而引起振動故障。

汽輪發(fā)電機轉子不平衡的另外一個原因，轉子加工精度不夠，后期的裝配工藝較差。從加工企業(yè)來說提高機械加工精度，保證裝配質量是避免此類故障的最直接的方法。還有就是設計階段，要選擇適當?shù)妮S承。汽輪發(fā)電機轉子一旦產生輕微振動都會直接導致機組的振動；軸承的油膜形成不好也極易誘發(fā)油膜振蕩而產生振動。

2 汽輪機組裝、檢修不當

汽輪發(fā)電機組在安裝過程中的工藝質量不過關，汽輪發(fā)電機組的軸承振動的檢修不當都有可能導致機組振動。針對實際的安裝和檢修經驗，我們總結了一下幾個方面的因素。

2.1 軸承特性因素

軸承自身特性會產生振動的影響，主要包括軸瓦的緊力、頂隙和連接剛度等幾個方面。軸瓦緊力和頂隙主要影響軸承的穩(wěn)定性，如果軸承的穩(wěn)定性太差，在外界因素的影響下容易使機組振動超標。軸承的連接情況主要對軸承剛度產生影響，若軸承剛度不夠，在同樣大小的激振力下引起的振動較大，所以必須將軸承各連接螺栓擰緊。

2.2 機組中心部件因素

機組中心應包括轉子與汽缸或靜子的同心度、支撐轉子各軸承的標高、軸系連接的同心度和平直度。如果轉子與汽缸或靜子的同心度偏差過大，則可能會引起汽流激振、電磁激振和動靜碰磨。若發(fā)生碰磨，則會使轉子發(fā)生熱彎曲而引起不穩(wěn)定普通強迫振動。當聯(lián)軸器法蘭外圓與軸頸不同心、聯(lián)軸器法蘭止口或螺栓孔節(jié)園不同心、端面瓢偏、連接螺栓緊力明顯不對稱時，不論圓周和端面中心數(shù)據(jù)調整的如何正確，當把連接螺栓擰緊后，都會使軸系不同心和不平直。當轉子處于旋轉狀態(tài)時，軸系同心度和平直度會直接產生振動的激振力，引起機組的振動。

2.3 滑銷系統(tǒng)故障因素

汽輪機組帶負荷受熱系統(tǒng)膨脹，為了避免自由膨脹，我們所采用的滑銷系統(tǒng)可以引導機組有序膨脹。當滑銷系統(tǒng)出現(xiàn)故障卡澀時，機組的膨脹受到限制引起機組較大的振動，嚴重時以至于不能開機或者引起動靜碰磨，從而造成更大的破壞。

2.4 轉子與靜子間隙因素

正常情況下發(fā)電機轉子與靜子之間都存在間隙；當汽輪機與軸封之間的間隙過大時可能會引起蒸汽外漏或者空氣內漏，從而影響機組的效率和真空；當然當汽輪機轉子與汽缸之間的間隙過大時，汽輪機內效率會降低；當發(fā)電機轉子與靜子之間的間隙過大時同樣會影響發(fā)電機的效率。

2.5 中心孔浸入異物因素

目前我們所用的汽輪機轉子大軸大都留有中心孔，在中心孔兩端用堵頭封堵，在檢修期間如果不慎讓異物（包括油、水等）進入中心孔，在轉子裝復回原后開機，機組肯定會出現(xiàn)振動異常的現(xiàn)象。

2.6 其他內部活動部件因素

如果在檢修期間，不慎將活動部件進入汽輪機，大修后開機活動部件可能在汽流的沖擊下撞傷甚至損壞汽輪機葉片，造成事故的發(fā)生，最終導致機組振動；另外活動部件還可能引起內部短路，這將會對機組振動的診斷帶來困難。

3 汽輪機組運行過程振動產生原因

如果在制造、安裝和檢修都沒有質量問題，但是還是產生了機組的振動，那么我們必須從機組的運行狀況來分析產生振動的原因了。

3.1 潤滑油溫

軸頸在軸瓦內的穩(wěn)定性如何決定了機組誘發(fā)振動的可能性有多大，當穩(wěn)定性太差時，外界因素的變化很容易引起機組振動的產生。而潤滑油在軸瓦內形成的油膜如何又是影響轉子穩(wěn)定性的一個重要影響因素，油膜的形成除了與軸承烏金有關外，還有一個重要因素就是潤滑油油溫，潤滑油油溫應該在一個合理的范圍內，過高過低都對油膜的形成不利。

3.2 操作不當機組膨脹不暢

機組的滑銷系統(tǒng)對機組振動的影響情況，而機組的膨脹是受其滑銷系統(tǒng)制約的。如果運行人員操作不當，機組也會出現(xiàn)膨脹不暢的問題。最明顯的例子是在開機過程中，當機組的暖機時間不夠或者升速加負荷過快，則機組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會產生熱應力，減少機組的壽命；另一方面就會引起過大的膨脹差，從而影響機組的開機過程。當機組的膨脹不充分時，極易引起機組的動靜碰磨而產生振動。

3.3 轉子電流不穩(wěn)定

當電流通過發(fā)電機轉子時會產生熱量，這部分熱量就要會使發(fā)電機轉子產生膨脹，當發(fā)電機轉子本身存在一定量的質量不平衡時，由于膨脹會使該不平衡量產生的力矩發(fā)生改變，從而引起機組的振動變化；當發(fā)電機轉子自身存在膨脹不均時，即使冷態(tài)情況下質量平衡較好，也會由于膨脹的不均勻性產生動態(tài)的質量不平衡，而這一質量不平衡在發(fā)電機轉子恢復到冷態(tài)時也會隨之消失。另一方面，如果發(fā)電機轉子內部本身存在短路情況，當電流通過發(fā)電機轉子時會產生局部放熱過大的現(xiàn)象，此處的轉子由于受到較多的熱量堆積而使膨脹較大，這就與其他地方的膨脹產生差別，又會形成一動態(tài)的質量不平衡。

3.4 機組真空和排汽缸溫度

機組真空和排汽缸溫度總是相輔相成的，其中一個因素的變化必然引起另一個因素的改變。對于軸承座坐落在排汽缸上的機組來說，排汽缸溫度的變化主要表現(xiàn)在對軸承座標高的影響上，所以會對機組的振動產生影響。

3.5 汽輪機產生斷葉片

汽輪機發(fā)生斷葉片時，轉子的質量分布明顯發(fā)生改變，因此機組的振動會發(fā)生明顯的變化，這種情況在現(xiàn)場有時可能不會被察覺，因為振動的變化既包括振動大小的變化也包括振動相位的變化，而現(xiàn)場大多數(shù)儀表只能監(jiān)視振動大小的變化。為了盡量避免斷葉片的現(xiàn)象發(fā)生，除了在設計制造和安裝檢修期間采用適當?shù)拇胧﹣肀ＷC外，運行中在增減機組負荷時應盡量平穩(wěn)。

3.6 軸封進汽溫度

在運行規(guī)程所允許的范圍內調整軸封進汽溫度會對機組的振動產生一定的影響，每一軸封的進汽溫度都不一樣。軸封進汽溫度對機組振動的影響主要表現(xiàn)為進汽溫度對軸承座標高的影響和溫度對端部汽封處動靜間隙的影響，這兩方面對機組振動的影響機理在前面已經述及。

汽輪機組的振動故障診斷直接影響汽輪發(fā)電機組運行的安全和發(fā)電廠的經濟效益。不論在生產運行中，還是在設備安裝過程中，必須對其進行嚴格的工序控制和質量監(jiān)督，做到防患于未然，為以后的生產運行打好基礎，從而提高發(fā)電廠的經濟效能，有利于發(fā)電廠的長期穩(wěn)定、經濟運行。

[1]侯志花，張超，牛麗瓊，陶哲，韓璞.基于專家系統(tǒng)的汽輪機振動故障診斷[J].河北省科學院學報，2009.

[2]耿文瑯，朱曉東.汽輪發(fā)電機組振動監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的發(fā)展[J].汽輪機技術，2003.

[3]張浩權，童小忠.浙江省汽輪發(fā)電機組故障診斷現(xiàn)狀與建議[J].浙江電力，1997.

[4]侯志花.汽輪機組振動故障遠程診斷系統(tǒng)研究[D].華北電力大學（河北），2010.

[5]侯小梅，毛宗源.神經網(wǎng)絡在汽輪發(fā)電機組故障診斷中的應用[J].華南理工大學學報(自然科學版)，1999.

[6]黃飛.大型機組故障錄波及故障診斷的研究[D].重慶大學，2002.